清华新闻网6月25日电气栓是外科手术、航天作业和深潜活动后易发的血管栓塞疾病。无论是由于治疗、分娩或手术过程中外界气体意外进入血液循环系统，还是由于体外压强急剧下降而导致血液中溶解的气体析出，都会造成血管内形成气泡，而一旦气泡无法及时排除，就很可能在微小血管中发生堵塞，形成气栓，阻碍血液流动、造成组织和器官出现缺血性病变，引发肺动脉高压、心脑血管梗塞，甚至危及生命。因此，气栓在临床医疗中受到广泛关注。然而，对于极易变形且与血管壁间存在润滑膜的气泡为何能在微小血管内承受较高的血流压力而造成阻塞的问题，一直没有合理的解释。
清华大学机械工程系李永健课题组通过微流控芯片揭示了气栓发生的新机理，并在动物试验中得到验证。在该研究中，研究者构造了模拟微小血管的微流控芯片系统，观测发现当液体介质为血液时气泡在微通道中出现了停滞阻塞，而当液体介质换成相同黏度的甘油时气泡不会出现堵塞。研究者进一步观测了气泡在血液中从运动到停止的过程，结合通过生物荧光显微方法实时观测到的血栓标志物的变化、通过示踪粒子成像技术观测到的气泡周围的流场，以及通过双光干涉法测得的气泡和壁面间润滑膜的变化等结果，最终揭示了气泡在血液中停滞阻塞的机制：进入微通道的气泡在其自身周围诱发出特殊的流场，促使血液中的血细胞和纤维蛋白原在气泡尾部聚集并逐渐形成血栓，血栓改变了气泡流动的润滑状态，导致其运动阻力大幅增加，最终形成气栓。该机制在动物试验中得到了验证。该研究从微流体界面密封和润滑的角度解释了微小血管内气栓发生的关键机制，有望为预防、治疗和利用气栓提供新策略。

（A）基于微流控血管芯片观测气栓形成过程（B）在动物实验中观测到微流场作用下气泡尾部形成血栓而导致气栓发生（C）粒子成像法观测到微通道中气泡尾部的回旋流场，该流场导致血细胞等成分聚集而加速血栓生长。
本研究成果于6月21日以“气泡周围流场对微小血管气栓发生的作用”（Flow Field around Bubbles on Formation of Air Embolism in Small Vessels）为题，在《美国科学院院刊》（Proceedings of National Academy of Science，PNAS）在线发表。
清华大学机械工程系博士研究生李中南为论文第一作者，李永健副教授为本文的第一通讯作者。清华大学医学院、北京协和医院和北京科技大学参与了该项研究。该研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目资助。
论文链接：
https://www.pnas.org/content/118/26/e2025406118
供稿：机械工程系
编辑：李华山
审核：吕婷
2021年06月25日 10:30:30